Incorporation of fractional-order dynamics into an existing PI/PID DC motor control loop

Tepljakov, Aleksei; Gonzalez, Emmanuel A.; Petlenkov, Eduard; Belikov, Juri; Monje, Concepción A.; Petráš, Ivo

doi:10.1016/j.isatra.2015.11.012

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“…Stopping the reaction wheel in a short duration, result in high deceleration, hence producing a counter force to balance the inverted pendulum. The best configuration of the PID controller in this research can be obtained by comparing the result in terms of performance and stability [8].…”

Section: Pid Controllermentioning

confidence: 99%

“…Here is a list of abbreviation used below, G p = pendulum weight L = length of pivot to wheel m = wheel mass L p = length of pivot to centre of gravity of pendulum T m = motor torque M p = pendulum mass G = weight of wheel (4) (5) Where R is the radius of the reaction wheel. In this setup, the momentum force, F can be assumed to be approximately same as the torque generated by the motor due to negligible mechanical loses from the motor to the reaction wheel [8]. Thus, Eq.…”

Section: Modelling Using Vectorial Dynamicmentioning

confidence: 99%

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Stabilising an Inverted Pendulum with PID Controller

2018

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Abstract. Inverted pendulum is a system in which the centre of the mass is above the pivot point, where the mass can freely rotate. The inverted pendulum has a unique trait; it is unpredictable, non-linear and consists of multiple variables. Balancing by PID controller is a continuous process where it corrects the feedback system error from the difference between the measured value and the desired value. This research mainly focusses on balancing an inverted pendulum with reaction wheel. The research objectives are to construct a self-balanced inverted pendulum and using PID controller to control the stability of the pendulum. The PID configuration is then evaluated based on the response of the system. The idea is to use the reaction torque generated by the motor to counter balance the inverted pendulum. The factor which governs the amount of torque generated is the height of the pendulum and the mass of the wheel. To balance the pendulum, tuning the PID gain is essential. Proportional gain is tuned first to get oscillation, next is to tune the integral and derivative gain to get a smoother and quicker response. Idea is to get short settling time, and minimum overshoot percentage. Hypothesis is that higher proportional gain will give a faster response rate and the acceleration of the motor is the key on generating torque. A simulation of the pendulum falling is simulated and the results are recorded in term of the response of the pendulum against time. At initial point, proportional gain, integral gain and derivative gain are set to zero to validate the simulation. The finding in this research is that torque is generated by the acceleration of the reaction wheel. Higher acceleration gives a high torque. Others findings is the PID parameter; Proportional gain increases the response rate; Integral gain is used to eliminate steady state error; Derivative gain is used to lessen the overshoot.

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Section: Pid Controllermentioning

confidence: 99%

Section: Modelling Using Vectorial Dynamicmentioning

confidence: 99%

Stabilising an Inverted Pendulum with PID Controller

2018

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“…Aunque los controladores lineales clásicos, por ejemplo el PID, han demostrado su efectividad en máquinas eléctricas, su diseño se limita a un punto de operación, por lo que se pueden implementar algunas estrategias para evitar esta desventaja (Calvini et al, 2015;Tepljakov et al, 2016 ). Se puede dividir la región no lineal de operación del BLDC en una familia de subespacios lineales.…”

Section: Introductionunclassified

Control no Lineal Robusto de una Máquina para Fabricación de Películas Delgadas

Huerta

Osorio

Vázquez

2017

Revista Iberoamericana de Automática e Informática Industrial R

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ResumenEn este artículo se presenta un esquema de control para una máquina utilizada para fabricación de películas delgadas, con un motor de corriente directa sin escobillas, basada en el método de centrifugación. Se incluye el modelo no lineal del motor sin escobillas, que corresponde a una máquina síncrona trifásica, con los flujos del rotor y las corrientes en el estator, como las dinámicas eléctricas, además de la velocidad en el rotor, como la dinámica mecánica. El objetivo de control es la regulación de la velocidad del rotor. Se utilizó la técnica de control por bloques y así obtener una variedad deslizante. Se eligió la técnica de control por modos deslizantes para garantizar que la variedad elegida sea atractiva y obtener robustez en lazo cerrado. Para completar el esquema de control se incluye un observador para estimar los estados no medibles, en este caso, los flujos del rotor. Se implementó el esquema de control propuesto en la máquina para fabricación de películas delgadas, además de un controlador basado en un PID con ganancias programadas, lo anterior para realizar la comparación de ambas técnicas. El esquema de control por modos deslizantes propuesto presenta ventajas sobre el controlador PID, ya que se obtiene la regulación de la velocidad del rotor, sin error en estado estacionario, considerando variaciones paramétricas. Palabras Clave:Modos deslizantes, Sistema no lineal, Motor sin escobillas, Controlador PID. IntroducciónUna de las principales técnicas para la obtención de películas delgadas es el método de centrifugación o spin-coating, utilizado para depositar soluciones en sustratos planos, en general, hechos de vidrio. El procedimiento consta de cuatro partes: 1) depósito, 2) aceleración, 3) velocidad constante, y 4) evaporación. En la etapa de depósito, una cantidad determinada de una solución, compuesta de un material mezclado con solvente en una proporción conocida, se vierte en el centro del sustrato. De acuerdo a las necesidades del usuario, el sustrato puede tener diferentes dimensiones; se coloca en el centro de una base giratoria y se sujeta mediante algún adhesivo o una bomba de vacío, siendo el segundo método el más utilizado por su practicidad y seguridad (Tyona, 2013).En la etapa de depósito, el sustrato puede estar en reposo o girando con baja velocidad, típicamente 500 RPM. En la segunda etapa, aceleración, se incrementa la velocidad angular del sustrato hasta alcanzar la velocidad requerida. Una vez que se alcanza la velocidad requerida, inicia la etapa de velocidad constante, el usuario selecciona su duración. La velocidad angular puede alcanzar hasta las 10,000 RPM y debe ser controlada con alta precisión, sin variaciones, para lograr la uniformidad y calidad adecuada en la película y garantizar repetitividad en los resultados.Se pueden requerir varias etapas de aceleración y velocidad constante. La evaporación ocurre durante todo el proceso y se puede utilizar tratamiento térmico para retirar el exceso de solvente. Entonces, la máquina para spin coating, llamado spincoa...

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“…Moreover, a nonlinear dynamic system could be subjected to unknown endogenous and exogenous disturbances affecting the performance indicators specified for the system response. There are several controllers based on sliding modes [2], predictive control [4], conventional proportional-integral-derivative (PID) techniques [5][6][7][8], robust control [9], neural networks [1,10], and fuzzy logic [11]. Some relevant aspects of these contributions are described in the next paragraphs.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

“…Experimental and simulation studies are included to show the introduced controller performance. In [5], a fractional-order technique is integrated into PI/PID linear controllers as a method to enhance their performance. The controller behavior is shown by a DC motor system where its dynamics are described by a conventional first-order model plus dead time.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

An Adaptive Speed Control Approach for DC Shunt Motors

et al. 2016

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A B-spline neural networks-based adaptive control technique for angular speed reference trajectory tracking tasks with highly efficient performance for direct current shunt motors is proposed. A methodology for adaptive control and its proper training procedure are introduced. This algorithm sets the control signal without using a detailed mathematical model nor exact values of the parameters of the nonlinear dynamic system. The proposed robust adaptive tracking control scheme only requires measurements of the velocity output signal. Thus, real-time measurements or estimations of acceleration, current and disturbance signals are avoided. Experimental results confirm the efficient and robust performance of the proposed control approach for highly demanding motor operation conditions exposed to variable-speed reference trajectories and completely unknown load torque. Hence, laboratory experimental tests on a direct current shunt motor prove the viability of the proposed adaptive output feedback trajectory tracking control approach.

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Incorporation of fractional-order dynamics into an existing PI/PID DC motor control loop

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Stabilising an Inverted Pendulum with PID Controller

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